СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОКИСНОНИКЕЛЕВОГО ЭЛЕКТРОДА ДЛЯ ЩЕЛОЧНОГО АККУМУЛЯТОРА

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОКИСНОНИКЕЛЕВОГО ЭЛЕКТРОДА ДЛЯ ЩЕЛОЧНОГО АККУМУЛЯТОРА


RU (11) 2176425 (13) C2

(51) 7 H01M4/28 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 99121390/09 
(22) Дата подачи заявки: 1999.10.12 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 1999.10.12 
(45) Опубликовано: 2001.11.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU 629564 A, 23.10.1978. JP 2-59587 B4, 12.12.1990. DE 3822539 A1, 11.01.1990. GB 2115216 A, 01.09.1983. 
(71) Заявитель(и): Уральский электрохимический комбинат 
(72) Автор(ы): Гудимов Н.Л.; Жидков В.А.; Ковалев А.Н.; Потанин А.В.; Шубин П.Ю. 
(73) Патентообладатель(и): Уральский электрохимический комбинат 
Адрес для переписки: 624130, Свердловская обл., г. Новоуральск, ул. Дзержинского, 2, УЭХК, патентное бюро 

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОКИСНОНИКЕЛЕВОГО ЭЛЕКТРОДА ДЛЯ ЩЕЛОЧНОГО АККУМУЛЯТОРА 

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано в производстве щелочных аккумуляторов с безламельными электродами. Способ изготовления окисно-никелевого электрода щелочного аккумулятора, включающий заполнение пористой спеченной никелевой основы необходимым количеством активной массы путем пропитки ее в растворе азотнокислого никеля, сушки, обработки в растворе щелочи, промывки и сушки и термообработку, причем термообработку производят по режимам, обеспечивающим потерю массы электрода от 1 до 10%, которую вычисляют из выражения К=[(М1-М2)/(М1-М0)] 100%, где К - потеря массы электрода при термообработке, М0, М1 и М2 - масса электрода соответственно до пропитки, после пропитки и после термообработки. Изобретение позволяет снизить трудоемкость изготовления и сокращение расхода материалов. 1 з. п. ф-лы, 3 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано в производстве щелочных аккумуляторов с безламельными электродами.

Известны способы изготовления окисно-никелевых электродов щелочного аккумулятора (см. [1] - Патент РФ N 2080694, H 01 М 4/80, 10/28, приоритет 07.07.93) путем пропитки пористой спеченной никелевой основы в растворе азотнокислого никеля, сушки на воздухе, обработки в растворе щелочи, промывки в воде и сушки. Перечисленные операции повторяют несколько раз до заполнения основы необходимым количеством активной массы (гидроксида никеля), после чего производят пропитку в растворе азотнокислого кобальта, сушат на воздухе, обрабатывают в растворе щелочи, промывают и сушат. После завершения операции пропитки электроды подвергают электрохимической очистке, которая заключается в проведении от одного до нескольких циклов "заряд-разряд" в щелочном электролите с последующей промывкой в воде и сушкой и имеет целью формирование структуры активной массы и удаление из нее нежелательных примесей, в том числе азотсодержащих соединений, например нитратной группы, которая ухудшает электрические характеристики аккумуляторов при циклировании и повышает саморазряд при хранении их в заряженном состоянии.

Недостатком известного способа является то, что при формировании и последующем циклировании происходит разбухание электродов, имеют место случаи нарушения их целостности (трещины, осыпание активной массы, вздутия, отслоения губчатых слоев от подложки) и даже полного разрушения.

В качестве прототипа выбран способ изготовления окисно-никелевых электродов (см. [2] - Способ изготовления никелевых электродных пластин щелочного аккумулятора. Япония, 62-290059, МКИ H 01 М 4/26, заявл. 09.06.86, 4/28, опубл. 16.12.87), характеризующийся тем, что после заполнения пористой спеченной никелевой основы необходимым количеством активной массы путем пропитки в растворе азотнокислого никеля, сушки, обработки в растворе щелочи, промывки и сушки, электроды вначале подвергают термообработке при температуре 180-230oC, а затем формированию в режиме "заряд-разряд" током 1-15 Cн А с сообщением электродам зарядной емкости 1,0-2,5 Cн Ач, где Cн - номинальная емкость электродов в Ач.

Недостатком способа является большая трудоемкость процесса изготовления электродов и повышенный расход материалов из-за проведения операции формирования.

Заявляемый способ позволяет решить задачу снижения трудоемкости изготовления и сокращения расхода материалов без ухудшения характеристик электродов.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном способе изготовления окисно-никелевых электродов, включающем заполнение пористой спеченной никелевой основы необходимым количеством активной массы путем пропитки ее в растворе азотнокислого никеля, сушки, обработки в растворе щелочи, промывки и сушки и термообработку, согласно заявляемому техническому решению, термообработку производят по режимам, обеспечивающим потерю массы электрода от 1 до 10%, которую вычисляют из выражения



где K - потеря массы электрода при термообработке, M0, M1 и M2 - масса электрода соответственно до пропитки, после пропитки и после термообработки.

Предлагаемый способ позволяет изготавливать окисно-никелевые электроды, не разбухающие при циклировании, поскольку в них резко замедляется образование -фазы моногидроксида никеля, ответственной за разбухание, что обеспечивает снижение брака электродов и повышение ресурса аккумуляторов. При этом обеспечивается удаление из активной массы электродов азотсодержащих соединений, в частности нитратной группы, и соответственно сохранность заряда аккумуляторов при их длительном бездействии в заряженном состоянии. Кроме того, отмена операции формирования позволяет изготавливать электроды, свободные от остаточной заряженности, что является весьма важным с точки зрения работы герметичного аккумулятора.

В табл. 1 приведены результаты работ по экспериментальному обоснованию выбранных режимов изготовления окисно-никелевых электродов по предлагаемому способу. Работы проводились с электродными заготовками (пластинами) размером (164х82х0,56) мм. Термообработка производилась в атмосфере водорода при температуре 200oC. Из обработанных пластин вырубались электроды размером (82х41)мм. Испытании электродов производились циклированием в режиме "заряд током 80 мА в течение 16 часов - разряд током 160 мА до напряжения 1В относительно кадмиевого электрода". Всего проводилось 12 циклов "заряд-разряд". Часть вырубленных из пластин электродов была использована для сборки никель-кадмиевых герметичных цилиндрических аккумуляторов типа KRM 15/51 (НКГЦ-0,5). Аккумуляторы комплектовались кадмиевыми электродами размером (110х41х0,48) мм; электродная основа для них изготавливалась так же, как и для окисно-никелевых электродов, пропитка производилась в водном растворе азотнокислого кадмия с последующей обработкой в растворе щелочи. Циклирование аккумуляторов проводилось в режиме "заряд током 70 мА 16 часов - разряд током 140 мА до конечного напряжения 1В". Всего было проведено 25 циклов "заряд-разряд". Для удобства рассмотрения в таблице представлены значения емкости электродов и аккумуляторов на первом и последнем циклах. После завершения испытаний циклированием электроды были промыты водой и высушены и подвергнуты внешнему осмотру; результаты осмотра также приведены в таблице. Для сравнения в таблице представлены характеристики электродов, не подвергнутых термообработке (см. табл. 1, оп. 8).

Как следует из таблицы, исходные (не подвергнутые термообработке) электроды (оп. 8), а также электроды, обработанные до потери массы менее 1% (оп. 1), характеризуются достаточно высокой емкостью; этим же отличаются и укомплектованные ими аккумуляторы; однако на таких электродах после циклирования обнаружены признаки разрушения (трещины, вздутия, отслоения губчатых слоев от подложки, являющиеся следствием разбухания. Кроме того, электроды, как и собранные на их базе аккумуляторы, не отличаются высокой стабильностью емкости при циклировании. Электроды, обработанные до потери массы более 10%. (оп. 6, 7), характеризуются высокой механической прочностью, при циклировании не разбухают, на их поверхности после испытаний не обнаружено каких-либо признаков разрушения, однако они, как и аккумуляторы на их основе, имеют низкую емкость, хотя она в процессе циклирования даже несколько возрастает.

Термообработка по режимам, обеспечивающим потерю массы от 1 до 10% (оп. 2-5), позволяет изготавливать электроды с требуемыми характеристиками. Они, как и укомплектованные ими аккумуляторы, имеют высокую разрядную емкость, практически не падающую при циклировании, после которого не было обнаружено каких-либо признаков разрушения.

Пример 1. Из электродной основы с пористостью 69%, изготовленной методом двустороннего нанесения на полученную прокатом никелевого порошка ленту-подложку пористостью 9% и толщиной (403) мкм пасты, состоящей из никелевого порошка с размером частиц 2,9 мкм, порообразователя и связующего, с последующей сушкой и спеканием, вырезали электродные пластины размером (164х82х0,56) мм. Пластины подвергали пропитке в водном растворе азотнокислого никеля по режиму: выдержка в растворе соли плотностью (1,650,01) г/см3 при температуре (755)oC в течение 2 часов, сушка на воздухе два часа, выдержка в растворе гидроксида калия плотностью (1,200,01) г/см3 при температуре (60-80)oC в течение 1 часа, промывка водой, сушка на воздухе. После проведения четырех циклов пропитки, когда привес активной массы достиг величины 1,4 г/см3, пластины были подвергнуты одному циклу пропитки в водном растворе азотнокислого кобальта по режиму: выдержка в растворе соли плотностью (1,35-1,40) г/см3 при температуре (18-30)oC в течение 1 часа, сушка на воздухе 2 часа, выдержка в растворе гидроксида калия плотностью (1,200,01) г/см3 при температуре (18-30)oC в течение 1 часа, промывка водой, сушка на воздухе. Суммарный привес активной массы составил 1,5 г/см3.

Основная часть электродных пластин после завершения пропитки была обработана в туннельной печи с длиной муфеля 1,7 м, снабженной конвейерной лентой для укладки пластин с регулируемой скоростью движения, при температуре 200oC в воздушной атмосфере, общее время термообработки составило 8 мин, потеря массы в результате термообработки 1,4%.

Часть термоообработанных электродных пластин была использована для изготовления электродов по способу прототипа, для чего пластины были подвергнуты формированию в щелочном электролите в режиме "заряд током 1 Сн А (3,5 А на одну пластину) в течение 1,5 часов - разряд током такой же величины до напряжения 0,9 В относительно кадмиевого электрода"; всего было проведено 3 цикла, после чего пакеты с пластинами были разобраны, пластины промыты водой и высушены. Толщина пластин в результате формирования ускоренным режимом осталась неизменной, каких-либо признаков разрушения обнаружено не было.

Все три типа пластин (исходных, т.е. не подвергнутых термообработке, термообработанных и термообработанных с последующим формированием) были испытаны циклированием в режиме "заряд током 700 мА (0,2 Сн А) в течение 7,5 часов - разряд током такой же величины до напряжения 1В относительно кадмиевого электрода". Всего было проведено 15 циклов. Результаты циклирования представлены в табл. 2.

Видно, что пластины вне зависимости от способа изготовления имеют практически одинаковую емкость, устойчивую в процессе циклирования. Толщина термообработанных пластин при циклировании не изменилась, тогда как толщина исходной (не термообработанной) увеличилась на 10%.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет изготавливать окисно-никелевые электроды, не уступающие по своим характеристикам аналогичным изделиям, изготовленным известным способом.

Из термообработанных пластин обоих вариантов были вырублены электроды размером (82х41) мм и на их основе собраны никель-кадмиевые герметичные цилиндрические аккумуляторы типа ККМ 15/51.

Аккумуляторы комплектовались кадмиевыми электродами размером (110х41х0,46) мм; электродная основа для них изготавливалась так же, как и для окисно-никелевых электродов. Электроды подвергали пропитке в водном растворе азотнокислого кадмия плотностью (1,650,02) г/см3, после сушки на воздухе обрабатывали водным раствором едкого кали, промывали водой и сушили; всего проводили 7 циклов пропитки; суммарный удельный привес активной массы при этом составил 2,0 г/см3. Электроды формировали в щелочном электролите проведением двух циклов "заряд током 300 мА в течение 6 часов - разряд током такой же величины до напряжения 0,9В относительно окисно-никелевого электрода", промывали водой и сушили на воздухе.

В качестве сепаратора для сборки аккумуляторов использовался полиамид-22А. Заправка аккумуляторов осуществлялась водным раствором гидроксида калия плотностью 1,32 г/см3 в объеме 1,6 см3. Аккумуляторы были испытаны циклированием по режиму "заряд током 60 мА в течение 16 часов - разряд током 120 мА до конечного напряжения 1В" (всего было проведено 25 циклов) и на сохранность заряда в соответствии с ГОСТ 26367.1-93 (разряд током 120 мА до напряжения 1В после хранения в заряженном состоянии в течение 28 суток при разомкнутой цепи и температуре 20oC).

Результаты испытаний представлены в табл. 3.

Как видно из таблицы, предлагаемый способ изготовления окисно-никелевого электрода обеспечивает высокие электрические характеристики аккумуляторов и стабильность их при циклировании, а также сохранность заряда при длительном хранении аккумуляторов в заряженном состоянии, что свидетельствует об удалении из активной массы нежелательных примесей путем термообработки, без проведения дополнительной операции формирования электродов.

Применение способа термообработки и отмена операции формирования в режиме "заряд-разряд" в щелочном электролите позволяет механизировать процесс изготовления электродов, существенно снизить трудоемкость их производства, сократить расход щелочи и дистиллированной или очищенной воды.

Расчеты показывают, что при изготовлении, например, 1000 окисно-никелевых электродов для аккумуляторов KRM 15/51 предлагаемым способом достигается экономия 0,04 м3 водного раствора едкого калия и 0,5 м3 очищенной воды; кроме того, отменяется необходимость включения в работу одного формировочного стенда с круглосуточным обслуживанием.

Источники информации

1. Патент РФ N 2080694, H 01 M 4/80, 10/28, приоритет 07.07.93.

2. Способ изготовления никелевых электродных пластин щелочного аккумулятора. Япония, 62-290059, МКИ H 01 M 4/26,4/28, заявл. 09.06.86, опубл. 16.12.87. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Способ изготовления окисно-никелевого электрода щелочного аккумулятора, включающий пропитку пористой спеченной никелевой электродной основы в растворе азотнокислого никеля, сушку, обработку в растворе щелочи, промывку, сушку и термообработку, отличающийся тем, что термообработку производят в водороде или на воздухе по режимам, обеспечивающим потерю активной массы электрода от 1 до 10%, которую вычисляют из выражения



где К - потеря активной массы электрода при термообработке;

М0 - масса электродной основы;

М1, М2 - масса электрода соответственно после пропитки и после термообработки.

2. Способ изготовления окисно-никелевого электрода щелочного аккумулятора по п.1, отличающийся тем, что термообработку ведут при температуре 200oС.






ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru